Duplicated antibiotic resistance genes reveal ongoing selection and horizontal gene transfer in bacteria.
Duplicated antibiotic resistance genes reveal ongoing selection and horizontal gene transfer in bacteria.
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重复的抗生素抗性基因揭示了细菌中持续的选择和水平基因转移。
DOI：
10.1038/s41467-024-45638-9
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发表时间：
2024
影响因子：
16.6
通讯作者：
You,Lingchong
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Maddamsetti,Rohan;Yao,Yi;Wang,Teng;Gao,Junheng;Huang,VincentT;Hamrick,GraysonS;Son,Hye-In;You,Lingchong
水平基因转移（HGT）和基因复制通常被认为是驱动新功能进化的独立机制。然而，与 HGT 相关的移动遗传元件 (MGE) 可以自我复制，因此对 MGE 的正选择可能会导致基因复制。在这里，我们结合建模和实验进化来检验这一假设，并使用数万个细菌分离株的长读基因组序列来检验其本质上的普遍性。建模和实验表明，抗生素选择可以通过 MGE 转座驱动重复抗生素抗性基因 (ARG) 的进化。一个关键的含义是，重复的 ARG 应该在与抗生素使用相关的环境中富集。为了测试这一点，我们利用生态元数据检查了 18,938 个完整细菌基因组中重复 ARG 的分布。从人类和牲畜身上分离出的细菌中，重复的 ARG 高度富集。重复的 ARG 在一组独立的 321 个抗生素耐药临床分离株中进一步富集。我们的研究结果表明，重复的基因通常编码在微生物群落中经历正选择和水平基因转移的功能。
Horizontal gene transfer (HGT) and gene duplication are often considered as separate mechanisms driving the evolution of new functions. However, the mobile genetic elements (MGEs) implicated in HGT can copy themselves, so positive selection on MGEs could drive gene duplications. Here, we use a combination of modeling and experimental evolution to examine this hypothesis and use long-read genome sequences of tens of thousands of bacterial isolates to examine its generality in nature. Modeling and experiments show that antibiotic selection can drive the evolution of duplicated antibiotic resistance genes (ARGs) through MGE transposition. A key implication is that duplicated ARGs should be enriched in environments associated with antibiotic use. To test this, we examined the distribution of duplicated ARGs in 18,938 complete bacterial genomes with ecological metadata. Duplicated ARGs are highly enriched in bacteria isolated from humans and livestock. Duplicated ARGs are further enriched in an independent set of 321 antibiotic-resistant clinical isolates. Our findings indicate that duplicated genes often encode functions undergoing positive selection and horizontal gene transfer in microbial communities.
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发表时间：
2010
期刊：
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--
作者：
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通讯作者：
N. Woodford
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作者：
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通讯作者：
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